２層式燃焼器
【課題】片面加熱に適し、予混合ガスを十分に予熱することが可能な予混合燃焼方式の２層式燃焼器を提供すること。
【解決手段】外部から中心部に予混合ガスを導入する流路を備えた予混合室１２と、中心部から外部に排気ガスを排出する流路を備えた燃焼室１４と、予混合室１２と燃焼室１４との間に介在する伝熱隔壁１６と、ほぼ中心部に設けられ、燃焼室１４側で着火を行う着火手段１８と、着火手段１８の周囲に配置され、予混合室１２と燃焼室１４とを連通する消炎孔２０とを有する２層式燃焼器１０とする。上記両流路は、渦巻状に形成されていると良い。
【解決手段】外部から中心部に予混合ガスを導入する流路を備えた予混合室１２と、中心部から外部に排気ガスを排出する流路を備えた燃焼室１４と、予混合室１２と燃焼室１４との間に介在する伝熱隔壁１６と、ほぼ中心部に設けられ、燃焼室１４側で着火を行う着火手段１８と、着火手段１８の周囲に配置され、予混合室１２と燃焼室１４とを連通する消炎孔２０とを有する２層式燃焼器１０とする。上記両流路は、渦巻状に形成されていると良い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２層式燃焼器に関し、さらに詳しくは、電気ヒータの代替品などとして好適な２層式燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、家庭用・業務用の加熱機器として、電気ヒータが広く用いられている。一般に、この種の電気ヒータは、化石燃料の持つエネルギーの多くを発電・送電時に失っているため、化石燃料に対するエネルギー利用効率は約４割程度であると言われている。
【０００３】
近年、地球環境に対する負荷を抑制するなど観点から、一層の省エネ化が進められており、加熱機器についてもエネルギーの有効利用を図る試みが盛んに行われるようになっている。
【０００４】
このような背景の下、電気ヒータの代替品として、マイクロコンバスタと呼ばれる燃焼器が提案されている。このマイクロコンバスタは、化石燃料の燃焼熱を直接利用することができるので、約６割ものエネルギーを失う発電過程を省略することができる。そのため、大幅な省エネルギー化を図ることができる技術として期待されている。
【０００５】
例えば、非特許文献１および特許文献１には、予混合ガスと排気ガスの流路が交互に配置された渦巻状の管の入口から、予混合ガスを送り込み、その中心部で燃焼させた後、高温の排気ガスを外へ放出する過程で、排熱により予混合ガスを予熱する構造のマイクロコンバスタが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、酸化ガス流路と排気ガス流路とを伝熱壁を挟んで交互に渦巻状に配置した燃焼部と、この燃焼部と伝熱板を介して並設された燃料予熱室と、燃料予熱室の燃料を酸化ガス流路に供給する供給孔とを備えたマイクロコンバスタが開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】“「エネルギー使用合理化技術戦略的開発 エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 熱源用マイクロコンバスタの研究開発」 平成１５年度〜平成１６年度成果報告書 受託先 東北大学 委託先 石川島播磨重工業株式会社”、検索バーコード番号100005086、［online］、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、成果報告書データベース、［平成１７年１１月８日検索］、インターネット＜URL:http://www.nedo.go.jp/database/index.html＞
【特許文献１】特開２００５−７６９７３号公報
【特許文献２】特開２００５−７６９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来知られるマイクロコンバスタは、以下の点で改善の余地があった。
【０００９】
すなわち、非特許文献１および特許文献１に記載のマイクロコンバスタは、上下両面が加熱される両面加熱構造になっている。そのため、例えば、コンロなどの片面加熱機器に上記マイクロコンバスタを適用すると、無効加熱が生じ、加熱効率を損なうなどといった問題があった。
【００１０】
また、非特許文献１に記載されるように、従来のマイクロコンバスタは、常温から着火した場合、着火開始から自立燃焼開始までに約７．５分間の連続スパークが必要であり、起動に時間がかかる。
【００１１】
この原因としては、予混合ガスと排気ガスとが熱交換する時間が比較的少なく、予混合ガスの予熱が未だ十分でないためであると推測される。
【００１２】
一方、特許文献２に記載のマイクロコンバスタは、燃料ガスと酸化剤ガスとを別々に供給し、本体内部で拡散により両者を混合させる拡散燃焼方式のマイクロコンバスタである。したがって、特許文献２には、予混合ガスを供給する予混合燃焼方式のマイクロコンバスタの構成については、具体的に言及されていない。
【００１３】
仮に、この技術を、予混合燃焼方式のマイクロコンバスタに適用しようとしても、次のような問題があるため、そのままでの適用は難しい。
【００１４】
すなわち、特許文献２に記載のマイクロコンバスタでは、燃焼部で発生した熱は、燃焼部に並設された燃料予熱室に伝わる。
【００１５】
しかしながら、一般に、空気に対する燃料の体積比は、等量比でおおよそ１／１０程度であるため、燃料予熱室で熱を受け取るガス（燃料）の体積量は極めて少ないといえる。
【００１６】
そのため、燃焼部で発生した熱を、燃料予熱室において十分に回収することができず、下面などから、かなりの熱量が放出されていると考えられる。
【００１７】
また、特許文献２のマイクロコンバスタでは、燃料供給口に比較的遠い孔から燃焼部に吸い込まれる燃料もあれば、燃料供給口に比較的近い孔から燃焼部へ吸い込まれる燃料もある。
【００１８】
そのため、燃料予熱室内に供給されたガスを十分に予熱できているとは考え難い。
【００１９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、片面加熱に適し、予混合ガスを十分に予熱することが可能な予混合燃焼方式の２層式燃焼器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明に係る２層式燃焼器は、外部から中心部に予混合ガスを導入する流路を備えた予混合室と、中心部から外部に排気ガスを排出する流路を備えた燃焼室と、前記予混合室と前記燃焼室との間を区画する伝熱隔壁と、ほぼ中心部に設けられ、前記燃焼室側で着火を行う着火手段と、前記着火手段の周囲に配置され、前記予混合室と前記燃焼室とを連通する消炎孔とを有することを要旨とする。
【００２１】
この際、前記予混合室の流路および／または前記燃焼室の流路は、渦巻状に形成されていると良い。
【００２２】
また、前記予混合室の内壁面のうち、前記伝熱隔壁を除いた部分、および／または、前記予混合室の外壁面は、セラミックス層により被覆されていると良い。
【００２３】
また、前記着火手段周囲の伝熱隔壁にセラミックス体が嵌め込まれ、このセラミックス体に前記消炎孔が形成されていると良い。
【００２４】
また、前記燃焼室側および／または前記予混合室側の消炎孔周縁には、筒状体が立設されていると良い。
【００２５】
一方、本発明に係るコンロは、上述した本発明に係る２層式燃焼器が組み込まれていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２６】
上記２層式燃焼器では、燃焼室の中心部において、消炎孔から吹き出された予混合ガスが、着火手段により着火されて燃焼が始まる。
【００２７】
そして、燃焼室における、伝熱隔壁と反対側の面からの熱伝導あるいは輻射熱により、被加熱物を加熱可能となる。また、燃焼による排ガスは、燃焼室内に形成されている流路に沿って、中心部から外部へ排出される。
【００２８】
一方、予混合室では、伝熱隔壁を介して伝わる燃焼室の熱を回収して、予混合室内の予混合ガスが予熱される。ここで、予混合ガスは、予混合室内に形成されている流路に沿って、外部から中心部に導入される。そのため、予混合ガスは、中心部に至るまでの間、燃焼室からの熱に比較的長い時間接触している。したがって、中心部において消炎孔より吹き出される前に、予混合ガスは十分に予熱される。また、上記２層式燃焼器では、燃焼室からの熱を受け取るガスが、予混合ガスであるため、熱を有効に回収することができる。
【００２９】
このように、上記２層式燃焼器は、燃焼室における、伝熱隔壁と反対側の面が加熱面となるので、片面加熱に適している。そのため、例えば、コンロなどの片面加熱機器に好適に用いることができる。一方、伝熱隔壁を介して並設されている予混合室では、予混合ガスを十分に予熱することができる。そのため、従来に比較して、熱交換効率を向上させることができる。また燃焼性も向上し、起動時間の短縮も図ることができる。
【００３０】
また、着火手段の周囲に消炎孔が配置されているので、燃焼室への予混合ガスの分散性も向上する。また、予混合ガスが高温に予熱された場合であっても、予混合室と燃焼室とは消炎孔で連通されているので、火炎が予混合室側に入り込んでしまう逆火現象を防止できる。
【００３１】
この際、予混合室の流路が渦巻状に形成されている場合には、燃焼室からの熱と予混合ガスとが接している時間を長くすることができる。そのため、予混合ガスの予熱を一層行いやすくなるなどの利点がある。一方、燃焼室の流路が渦巻状に形成されている場合には、熱をもった排気ガスが排出される時間を長くすることができる。そのため、予混合室側へ排気ガスの熱を一層伝えやすくなるなどの利点がある。
【００３２】
また、上記２層式燃焼器において、予混合室の内壁のうち、伝熱隔壁を除いた部分、および／または、予混合室の外壁面が、セラミックス層により被覆されている場合には、予混合室内の断熱性能が向上するので、予混合室に伝わった熱が外部に放出され難くなる。そのため、より片面加熱に適し、熱交換効率も一層向上させることができる。
【００３３】
また、上記２層式燃焼器において、着火手段周囲の伝熱隔壁にセラミックス体が嵌め込まれ、このセラミックス体に上記消炎孔が形成されている場合には、消炎孔周辺の耐熱性が向上する。
【００３４】
そのため、燃焼室内の高熱により、比較的小さな消炎孔が、酸化されたり、変形が生じたりし難くなり、耐久性が向上する。
【００３５】
また、上記２層式燃焼器において、燃焼室側および／または予混合室側の消炎孔周縁に筒状体が立設されている場合には、消炎孔の消炎直径を大きくすることができる。そのため、予混合ガス吹き出し時の圧力損失を低下させることができる利点がある。
【００３６】
一方、上記コンロは、上記２層式燃焼器が組み込まれているので、加熱効率などに優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、実施形態に係る２層式燃焼器（以下、「本２層式燃焼器」ということがある。）について説明する。なお、ここでは、予混合室および燃焼室の両流路を渦巻状に形成した場合を、好適な形態の一例として示す。
【００３８】
図１は、本２層式燃焼器の外観を模式的に示した斜視図である。図２は、本２層式燃焼器の正面図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。図５は、図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００３９】
本２層式燃焼器１０は、例えば、外形が数十センチから数センチ程度の小型燃焼器とすることができ、主として、ステンレス鋼などの金属材料などにより、密閉構造に形成されている。本２層式燃焼器１０は、図１〜５に示すように、その基本構成として、予混合室１２と、燃焼室１４と、伝熱隔壁１６と、着火手段１８と、消炎孔２０とを有している。以下、これら構成につき詳細に説明する。
【００４０】
予混合室１２は、略円柱状に形成されており、底板２２と、外周壁２４と、伝熱隔壁１６とにより囲まれた密閉空間を有している。予混合室１２の外周壁２４には、接線方向から予混合ガスＦを導入する予混合ガス導入口２６が設けられている。
【００４１】
予混合室１２の内部には、予混合ガスＦの通り道となる渦巻状流路２８が形成されている。この渦巻状流路２８は、渦状壁３０または外周壁２４と、底板２２と、伝熱隔壁１６とにより囲まれた空間によって形成されている。
【００４２】
上記構成により、燃料と酸化剤ガス（空気や酸素など）との混合割合および流量が調整され、予混合ガス導入口２６より導入された予混合ガスＦは、渦巻状流路２８に沿って、外部から渦中心部まで導かれる。なお、燃料の種類は、特に限定されるものではなく、都市ガス、メタン、プロパンなどの種々の可燃燃料を用いることができる。
【００４３】
一方、燃焼室１４は、上記予混合室１２と同様に、略円柱状に形成されており、天板３２と、外周壁３４と、伝熱隔壁１６とにより囲まれた密閉空間を有している。燃焼室１４の外周壁３４には、接線方向に向かって排気ガスＥを排出する排気ガス排出口３６が設けられている。
【００４４】
燃焼室１４の内部には、排気ガスＥの通り道となる渦巻状流路３８が形成されている。この渦巻状流路３８は、渦状壁４０または外周壁３４と、天板３２と、伝熱隔壁１６とにより囲まれた空間によって形成されている。
【００４５】
上記構成により、燃焼で生成した排気ガスＥは、渦巻状流路３８に沿って、渦中心部から外部に排出される。
【００４６】
なお、予混合室１２、燃焼室１４における渦状壁３０、４０は、伝熱性に優れた材質を選定し、その板厚も可能な限り薄く設定すると良い。また、予混合室１２、燃焼室１４における渦状壁３０、４０の間隔は、ともに同じであっても良いし、それぞれ異なっていても良い。
【００４７】
ここで、本２層式燃焼器１０において、予混合室１２の片面側と燃焼室１４の片面側とは、伝熱隔壁１６を介して接している。つまり、非特許文献１および特許文献１などに記載されるマイクロコンバスタは、単層構造であるのに対し、本２層式燃焼器１０は、予混合室１２の片面側に、伝熱隔壁１６を介して燃焼室１４が並設された２層構造になっている。この際、予混合室１２と燃焼室１４とは、各渦巻状流路２８、３８の中心部がほぼ一致するように配設されている。
【００４８】
本２層式燃焼器１０において、上記伝熱隔壁１６は、燃焼室１４で発生した熱を予混合室１２側に伝えるとともに、予混合室１２と燃焼室１４との間を区画する役割を有している。
【００４９】
本２層式燃焼器１０において、両渦巻状流路２８、３８のほぼ中心部には、着火手段１８が設けられている。
【００５０】
この着火手段１８としては、具体的には、例えば、イグナイタ、セラミックヒータなどを例示することができるが、特に限定されるものではない。
【００５１】
この際、上記着火手段１８は、その着火点４２が燃焼室１４側になるように配置されている。図１〜５では、予混合室１２側から燃焼室１４側に向かって着火手段１８が挿通され、その着火点４２が燃焼室１４内に配置された場合を例示している。
【００５２】
また、本２層式燃焼器１０では、上記着火手段１８の周囲に、消炎孔２０が複数配置されている。この消炎孔２０は、予混合室１２と燃焼室１４とを連通し、予混合室１２内に導入された予混合ガスＦを、燃焼室１４内に流入させる役割を有している。
【００５３】
上記消炎孔２０は、具体的には、渦中心部の周囲に位置する渦状壁４０と、着火手段１８との間にある伝熱隔壁１６に形成されている。したがって、本２層式燃焼器１０では、渦中心部の渦状壁４０により取り囲まれた空間が燃焼空間となる。
【００５４】
なお、図３では、例えば、４０個の消炎孔２０が、着火手段１８の周囲を取り囲むように千鳥状に配置された場合を例示している。また、この消炎孔２０の数は、特に限定されるものではく、使用する燃料の種類などに応じて、種々調節することができる。
【００５５】
ここで、本２層式燃焼器１０において、消炎孔２０とは、消炎直径以下の直径を有する孔を意味する。予混合室１２と燃焼室１４とを連通する孔の直径が、消炎直径以下であれば、燃焼室１４で生じた炎が予混合室１２側へ逆火することを防止することができる。
【００５６】
なお、具体的な消炎直径については、燃料の種類、予混合ガスの吹き出し速度、想定される予混合ガスの温度などを考慮して決定することができるものである。
【００５７】
次に、上記構成を備えた本２層式燃焼器の作用効果について説明する。
【００５８】
本２層式燃焼器１０では、燃焼室１２の中心部において、消炎孔２０から吹き出された予混合ガスＦが、着火手段１８により着火されると、炎が形成されて燃焼が始まる。
【００５９】
炎が一旦形成されると、中心部から熱くなり始め、やがて一定温度の定常状態に至る。そして、燃焼室１４の天板３２からの熱伝導あるいは輻射熱により、被加熱物（図示されない）を加熱することができる。
【００６０】
また、燃焼による排気ガスＥは、燃焼室１４内に形成されている渦巻状流路３８に沿って、中心部から外部に向かって流れ、排気ガス排出口３６から排出される。
【００６１】
一方、予混合室１２では、伝熱隔壁１６を介して伝わる燃焼室１４の熱を回収して、予混合室１２内の予混合ガスＦが予熱される。ここで、予混合ガス導入口２６から導入された予混合ガスＦは、渦巻状流路２８に沿って外部から中心部に導入される。
【００６２】
そのため、予混合ガスＦは、燃焼室１４からの熱に接する時間が比較的長く、消炎孔２０より吹き出される前には十分に予熱される。また、本２層式燃焼器１０では、燃焼室１４からの熱を受け取るガスが予混合ガスＦであるため、熱を受け取るガスが燃料単体である場合に比較して、熱を有効に回収することができる。
【００６３】
このように、本２層式燃焼器１０は、燃焼室１４における天板３２が加熱面となっているので、片面加熱に適している。そのため、例えば、コンロなどの片面加熱機器に好適に用いることができる。また、伝熱隔壁１６を介して並設された予混合室１２では、予混合ガスＦが十分に予熱される。そのため、従来に比較して、熱交換効率を向上させることができ、燃焼性の向上による起動時間の短縮も図ることができる。
【００６４】
また、着火手段１８の周囲に消炎孔２０が配置されているので、燃焼室１４への予混合ガスＦの分散性も向上する。本２層式燃焼器１０では、とりわけ、消炎孔２０を千鳥状に配置しているので、予混合ガスＦを分散させやすく、燃焼性を向上させやすい。
【００６５】
また、予混合ガスＦが高温に予熱された場合であっても、予混合室１２と燃焼室１４とは消炎孔２０で連通されているので、火炎が予混合室１２側に入り込んでしまう逆火現象を防止できる。
【００６６】
このように本２層式燃焼器１０は、片面加熱に適しており、予混合ガスＦを十分に予熱することができる。そのため、これを例えば、コンロなどの片面加熱機器に、必要に応じて１つまたは２つ以上組み込めば、加熱効率などに優れたコンロなどが得られる。
【００６７】
以上、実施形態に係る２層式燃焼器について説明したが、上記実施形態は本発明を何ら限定するものではなく、種々の変形・改良などが可能なものである。
【００６８】
例えば、上記実施形態では、予混合室１２と燃焼室１４との間に伝熱隔壁１６を介在させる構成とした場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００６９】
伝熱隔壁１６は、例えば、予混合室１２に設けた天板、および／または、燃焼室１４に設けた底板などにより代用することも可能である。
【００７０】
また、例えば、上記実施形態では、燃焼室１４の天板３２を本２層式燃焼器１０の一部として構成した場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００７１】
燃焼室１４の天板３２は、例えば、燃焼室１４内を気密にできれば、被加熱物自体、あるいは、それを入れる容器の一部（なべ底、鉄板など）などにより代用することも可能である。
【００７２】
また、例えば、本２層式燃焼器１０は、図６、図７に示すように、予混合室１２の内壁面のうち、伝熱隔壁１６を除いた部分または予混合室１２の外壁面（外周壁２４と底板２２）、あるいは、その両壁面を、セラミックス層４４により被覆しても良い。
【００７３】
セラミックス層４４の材料としては、具体的には、例えば、コージェライト、炭化珪素などを例示することができる。
【００７４】
このような構成とした場合には、予混合室１２内の断熱性能が向上するので、予混合室１２に伝わった熱が外部に放出され難くなる。そのため、より片面加熱に適し、熱交換効率も一層向上させることができる。
【００７５】
また、上記実施形態では、金属製の伝熱隔壁１６に消炎孔２０を形成した場合について例示したが、その他にも、少なくとも着火手段１８周囲の伝熱隔壁１６にセラミックス体（図示されず）を嵌め込み、このセラミックス体に消炎孔２０を形成するようにしても良い。
【００７６】
このような構成とした場合には、消炎孔２０周辺の耐熱性が向上する。そのため、燃焼室１４内の高熱により、比較的小さな消炎孔２０が、酸化されたり、変形が生じたりし難くなり、金属製の伝熱隔壁１６に消炎孔２０が形成されている場合に比較して、耐久性が向上するなどの利点がある。
【００７７】
また、例えば、上記２層式燃焼器１０では、図８に示すように、燃焼室１４側の消炎孔２０周縁に筒状体４６が立設されていても良い。また、予混合室１２側の消炎孔２０周縁に筒状体（図示されない）が立設されていても良い。
【００７８】
このような構成とした場合には、筒状体４６により熱が吸収され、燃焼に必要な熱量を維持し難くなるので、消炎孔２０の消炎直径を大きく形成することができる。そのため、予混合ガスＦの吹き出し時の圧力損失を低下させることが可能となる。
【００７９】
また、上記実施形態では、本発明に係る２層式燃焼器が有する予混合室の流路、燃焼室の流路を、ともに円形状の渦巻状に形成した場合について説明したが、それ以外にも、４角形や６角形などの多角形状の渦巻形状であっても良い。
【００８０】
また、上記実施形態では、予混合ガスＦの渦巻状流路２８と、排気ガスＥの渦巻状流路３８とは、同じ方向の渦巻状に形成されている場合について例示したが、互いに異なる方向の渦巻状に形成されていても良い。
【００８１】
また、上記実施形態では、本発明に係る２層式燃焼器が有する予混合室の流路、燃焼室の流路を渦巻状に形成した場合について例示したが、それ以外にも、これら流路の何れか一方または両方は、放射状などに形成されていても良い。
【００８２】
また、上記実施形態では、予混合ガス導入口２６から導入された予混合ガスＦは、一つの渦巻状流路２８を通って、外部から渦中心部まで導かれるが、これ以外にも、予混合ガス導入口から導入された予混合ガスは、複数列の流路を通って、外部から中心部まで導かれるようにしても良い。
【００８３】
同様に、上記実施形態では、排気ガス排出口３６から排出される排出ガスＥは、一つの渦巻状流路２８を通って、渦中心部から外部まで導かれるが、これ以外にも、排気ガス排出口３６から排出される排出ガスは、複数列の流路を通って、中心部から外部まで導かれるようにしても良い。
【実施例】
【００８４】
以下、本発明に係る２層式燃焼器を実施例を用いて説明する。
【００８５】
先ず、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いて、図１〜図５に示す形状の２層式燃焼器を作製した。この際、２層式燃焼器の直径は約１２０ｍｍ、両渦状壁の厚みは２ｍｍ、両流路幅は４ｍｍ、渦中心部の渦状壁により取り囲まれる燃焼空間の直径は約２３ｍｍ、消炎孔の直径は０．８ｍｍとした。また、点火手段には、イグナイタを用い、燃料ガスには１３Ａを用いた。
【００８６】
次に、作製した２層式燃焼器の燃焼試験装置の概略について説明する。すなわち、図９に示すように、作製した２層式燃焼器１０をセラミックファイバー製断熱材５０により覆い、予混合ガス導入口２６に予混合ガス導入配管５２（ポリテトラフルオロエチレン製）を接続するとともに、排気ガス排出口３６に排気ガス排出配管５４（ポリテトラフルオロエチレン製）を接続した。
【００８７】
本実施例では、燃料源５６、空気源５８から供給される燃料（最大２０Ｌ／ｍｉｎ）、空気（最大２００Ｌ／ｍｉｎ）が各流量計６０、６２にて調節され、所定の空気比を有する予混合ガスＦとされる。また、予混合ガスＦは、圧力計６４にて調圧され、所定のインプット量にて予混合ガス導入口２６に供給される。
【００８８】
次いで、燃焼状態を確認するため、図１０に示すように、２層式燃焼器１０の天板３２に、中心部とその両側を挟んで計５つのＫ型熱電対６６（熱電対間隔２５ｍｍ）を取り付け、測定位置１〜５における表面温度の測定を可能にした。
【００８９】
次に、以下の手順により燃焼試験を行った。すなわち、先ず、燃料および空気の流量を各流量計にて設定する。次いで、２層式燃焼器のイグナイタの放電を開始し、その直後に、ガスと空気の流量計のバルブを開く。これにより、所定インプット量にて所定空気比の予混合ガスが、２層式燃焼器に供給される。そして燃焼室内で着火、燃焼が始まると、天板の表面温度が上昇する。
【００９０】
上記燃焼試験により、作製した２層式燃焼器の着火開始から約５分後の表面温度特性、着火開始から約５分間の昇温特性を求めた。また、排気ガスの温度も測定した。なお、予混合ガスのインプット量は、２Ｋｗ、３Ｋｗ、４Ｋｗ、５Ｋｗとした。また、各インプット量において、空気比を約１〜１．３の間で変化させた。
【００９１】
図１１〜図１４に、各インプット量における各測定位置と表面温度との関係を示す。また、図１５に、インプット量３Ｋｗ、空気比１．２１のときの着火開始からの経過時間と各測定位置における表面温度との関係（昇温特性）を示す。
【００９２】
図１１〜図１４によれば、何れのインプット量においても、表面温度曲線は、上に凸の曲線になっている。そして、測定位置３、すなわち、概ね中心部近傍の表面温度が高く、中心部から離れるにつれて表面温度が低くなっていることが分かる。また、中心部の温度は、実用的な空気比約１．１の条件で５００℃以上（燃焼開始から約５分）となっていることが分かる。
【００９３】
また、図１５によれば、経過時間０秒付近で着火、燃焼が生じており、従来よりも起動時間が短くなっていることが分かる。これは、本２層式燃焼器は、予混合ガスを十分に予熱することができるので、燃焼性が向上したためであると思われる。
【００９４】
以上の結果から、本発明によれば、片面加熱に適しており、予混合ガスを十分に予熱することができる予混合燃焼方式の２層式燃焼器が得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本実施形態に係る２層式燃焼器の外観を模式的に示した斜視図である。
【図２】本実施形態に係る２層式燃焼器の正面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】予混合室の内壁面にセラミックス層を設けた状態の一例を模式的に示した断面図である。
【図７】予混合室の外壁面にセラミックス層を設けた状態の一例を模式的に示した断面図である。
【図８】燃焼室側の消炎孔周縁に筒状体を立設した状態の一例を模式的に示した断面図である。
【図９】２層式燃焼器の燃焼試験装置の概略を模式的に示した図である。
【図１０】表面温度の測定位置を模式的に示した図である。
【図１１】インプット量２Ｋｗにおける各測定位置と表面温度との関係を示した図である。
【図１２】インプット量３Ｋｗにおける各測定位置と表面温度との関係を示した図である。
【図１３】インプット量４Ｋｗにおける各測定位置と表面温度との関係を示した図である。
【図１４】インプット量５Ｋｗにおける各測定位置と表面温度との関係を示した図である。
【図１５】インプット量３Ｋｗ、空気比１．２１における、着火開始からの経過時間と各測定位置の表面温度との関係（昇温特性）を示した図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０ ２層式燃焼器
１２ 予混合室
１４ 燃焼室
１６ 伝熱隔壁
１８ 着火手段
２０ 消炎孔
２２ 底板
２４ 外周壁（予混合室側）
２６ 予混合ガス導入口
２８ 渦巻状流路（予混合室側）
３０ 渦状壁（予混合室側）
３２ 天板
３４ 外周壁（燃焼室側）
３６ 排気ガス排出口
３８ 渦巻状流路（燃焼室側）
４０ 渦状壁（燃焼室側）
４２ 着火点
４４ セラミックス層
４６ 筒状体
Ｆ 予混合ガス
Ｅ 排気ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２層式燃焼器に関し、さらに詳しくは、電気ヒータの代替品などとして好適な２層式燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、家庭用・業務用の加熱機器として、電気ヒータが広く用いられている。一般に、この種の電気ヒータは、化石燃料の持つエネルギーの多くを発電・送電時に失っているため、化石燃料に対するエネルギー利用効率は約４割程度であると言われている。
【０００３】
近年、地球環境に対する負荷を抑制するなど観点から、一層の省エネ化が進められており、加熱機器についてもエネルギーの有効利用を図る試みが盛んに行われるようになっている。
【０００４】
このような背景の下、電気ヒータの代替品として、マイクロコンバスタと呼ばれる燃焼器が提案されている。このマイクロコンバスタは、化石燃料の燃焼熱を直接利用することができるので、約６割ものエネルギーを失う発電過程を省略することができる。そのため、大幅な省エネルギー化を図ることができる技術として期待されている。
【０００５】
例えば、非特許文献１および特許文献１には、予混合ガスと排気ガスの流路が交互に配置された渦巻状の管の入口から、予混合ガスを送り込み、その中心部で燃焼させた後、高温の排気ガスを外へ放出する過程で、排熱により予混合ガスを予熱する構造のマイクロコンバスタが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、酸化ガス流路と排気ガス流路とを伝熱壁を挟んで交互に渦巻状に配置した燃焼部と、この燃焼部と伝熱板を介して並設された燃料予熱室と、燃料予熱室の燃料を酸化ガス流路に供給する供給孔とを備えたマイクロコンバスタが開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】“「エネルギー使用合理化技術戦略的開発 エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 熱源用マイクロコンバスタの研究開発」 平成１５年度〜平成１６年度成果報告書 受託先 東北大学 委託先 石川島播磨重工業株式会社”、検索バーコード番号100005086、［online］、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、成果報告書データベース、［平成１７年１１月８日検索］、インターネット＜URL:http://www.nedo.go.jp/database/index.html＞
【特許文献１】特開２００５−７６９７３号公報
【特許文献２】特開２００５−７６９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来知られるマイクロコンバスタは、以下の点で改善の余地があった。
【０００９】
すなわち、非特許文献１および特許文献１に記載のマイクロコンバスタは、上下両面が加熱される両面加熱構造になっている。そのため、例えば、コンロなどの片面加熱機器に上記マイクロコンバスタを適用すると、無効加熱が生じ、加熱効率を損なうなどといった問題があった。
【００１０】
また、非特許文献１に記載されるように、従来のマイクロコンバスタは、常温から着火した場合、着火開始から自立燃焼開始までに約７．５分間の連続スパークが必要であり、起動に時間がかかる。
【００１１】
この原因としては、予混合ガスと排気ガスとが熱交換する時間が比較的少なく、予混合ガスの予熱が未だ十分でないためであると推測される。
【００１２】
一方、特許文献２に記載のマイクロコンバスタは、燃料ガスと酸化剤ガスとを別々に供給し、本体内部で拡散により両者を混合させる拡散燃焼方式のマイクロコンバスタである。したがって、特許文献２には、予混合ガスを供給する予混合燃焼方式のマイクロコンバスタの構成については、具体的に言及されていない。
【００１３】
仮に、この技術を、予混合燃焼方式のマイクロコンバスタに適用しようとしても、次のような問題があるため、そのままでの適用は難しい。
【００１４】
すなわち、特許文献２に記載のマイクロコンバスタでは、燃焼部で発生した熱は、燃焼部に並設された燃料予熱室に伝わる。
【００１５】
しかしながら、一般に、空気に対する燃料の体積比は、等量比でおおよそ１／１０程度であるため、燃料予熱室で熱を受け取るガス（燃料）の体積量は極めて少ないといえる。
【００１６】
そのため、燃焼部で発生した熱を、燃料予熱室において十分に回収することができず、下面などから、かなりの熱量が放出されていると考えられる。
【００１７】
また、特許文献２のマイクロコンバスタでは、燃料供給口に比較的遠い孔から燃焼部に吸い込まれる燃料もあれば、燃料供給口に比較的近い孔から燃焼部へ吸い込まれる燃料もある。
【００１８】
そのため、燃料予熱室内に供給されたガスを十分に予熱できているとは考え難い。
【００１９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、片面加熱に適し、予混合ガスを十分に予熱することが可能な予混合燃焼方式の２層式燃焼器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明に係る２層式燃焼器は、外部から中心部に予混合ガスを導入する流路を備えた予混合室と、中心部から外部に排気ガスを排出する流路を備えた燃焼室と、前記予混合室と前記燃焼室との間を区画する伝熱隔壁と、ほぼ中心部に設けられ、前記燃焼室側で着火を行う着火手段と、前記着火手段の周囲に配置され、前記予混合室と前記燃焼室とを連通する消炎孔とを有することを要旨とする。
【００２１】
この際、前記予混合室の流路および／または前記燃焼室の流路は、渦巻状に形成されていると良い。
【００２２】
また、前記予混合室の内壁面のうち、前記伝熱隔壁を除いた部分、および／または、前記予混合室の外壁面は、セラミックス層により被覆されていると良い。
【００２３】
また、前記着火手段周囲の伝熱隔壁にセラミックス体が嵌め込まれ、このセラミックス体に前記消炎孔が形成されていると良い。
【００２４】
また、前記燃焼室側および／または前記予混合室側の消炎孔周縁には、筒状体が立設されていると良い。
【００２５】
一方、本発明に係るコンロは、上述した本発明に係る２層式燃焼器が組み込まれていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２６】
上記２層式燃焼器では、燃焼室の中心部において、消炎孔から吹き出された予混合ガスが、着火手段により着火されて燃焼が始まる。
【００２７】
そして、燃焼室における、伝熱隔壁と反対側の面からの熱伝導あるいは輻射熱により、被加熱物を加熱可能となる。また、燃焼による排ガスは、燃焼室内に形成されている流路に沿って、中心部から外部へ排出される。
【００２８】
一方、予混合室では、伝熱隔壁を介して伝わる燃焼室の熱を回収して、予混合室内の予混合ガスが予熱される。ここで、予混合ガスは、予混合室内に形成されている流路に沿って、外部から中心部に導入される。そのため、予混合ガスは、中心部に至るまでの間、燃焼室からの熱に比較的長い時間接触している。したがって、中心部において消炎孔より吹き出される前に、予混合ガスは十分に予熱される。また、上記２層式燃焼器では、燃焼室からの熱を受け取るガスが、予混合ガスであるため、熱を有効に回収することができる。
【００２９】
このように、上記２層式燃焼器は、燃焼室における、伝熱隔壁と反対側の面が加熱面となるので、片面加熱に適している。そのため、例えば、コンロなどの片面加熱機器に好適に用いることができる。一方、伝熱隔壁を介して並設されている予混合室では、予混合ガスを十分に予熱することができる。そのため、従来に比較して、熱交換効率を向上させることができる。また燃焼性も向上し、起動時間の短縮も図ることができる。
【００３０】
また、着火手段の周囲に消炎孔が配置されているので、燃焼室への予混合ガスの分散性も向上する。また、予混合ガスが高温に予熱された場合であっても、予混合室と燃焼室とは消炎孔で連通されているので、火炎が予混合室側に入り込んでしまう逆火現象を防止できる。
【００３１】
この際、予混合室の流路が渦巻状に形成されている場合には、燃焼室からの熱と予混合ガスとが接している時間を長くすることができる。そのため、予混合ガスの予熱を一層行いやすくなるなどの利点がある。一方、燃焼室の流路が渦巻状に形成されている場合には、熱をもった排気ガスが排出される時間を長くすることができる。そのため、予混合室側へ排気ガスの熱を一層伝えやすくなるなどの利点がある。
【００３２】
また、上記２層式燃焼器において、予混合室の内壁のうち、伝熱隔壁を除いた部分、および／または、予混合室の外壁面が、セラミックス層により被覆されている場合には、予混合室内の断熱性能が向上するので、予混合室に伝わった熱が外部に放出され難くなる。そのため、より片面加熱に適し、熱交換効率も一層向上させることができる。
【００３３】
また、上記２層式燃焼器において、着火手段周囲の伝熱隔壁にセラミックス体が嵌め込まれ、このセラミックス体に上記消炎孔が形成されている場合には、消炎孔周辺の耐熱性が向上する。
【００３４】
そのため、燃焼室内の高熱により、比較的小さな消炎孔が、酸化されたり、変形が生じたりし難くなり、耐久性が向上する。
【００３５】
また、上記２層式燃焼器において、燃焼室側および／または予混合室側の消炎孔周縁に筒状体が立設されている場合には、消炎孔の消炎直径を大きくすることができる。そのため、予混合ガス吹き出し時の圧力損失を低下させることができる利点がある。
【００３６】
一方、上記コンロは、上記２層式燃焼器が組み込まれているので、加熱効率などに優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、実施形態に係る２層式燃焼器（以下、「本２層式燃焼器」ということがある。）について説明する。なお、ここでは、予混合室および燃焼室の両流路を渦巻状に形成した場合を、好適な形態の一例として示す。
【００３８】
図１は、本２層式燃焼器の外観を模式的に示した斜視図である。図２は、本２層式燃焼器の正面図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。図５は、図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００３９】
本２層式燃焼器１０は、例えば、外形が数十センチから数センチ程度の小型燃焼器とすることができ、主として、ステンレス鋼などの金属材料などにより、密閉構造に形成されている。本２層式燃焼器１０は、図１〜５に示すように、その基本構成として、予混合室１２と、燃焼室１４と、伝熱隔壁１６と、着火手段１８と、消炎孔２０とを有している。以下、これら構成につき詳細に説明する。
【００４０】
予混合室１２は、略円柱状に形成されており、底板２２と、外周壁２４と、伝熱隔壁１６とにより囲まれた密閉空間を有している。予混合室１２の外周壁２４には、接線方向から予混合ガスＦを導入する予混合ガス導入口２６が設けられている。
【００４１】
予混合室１２の内部には、予混合ガスＦの通り道となる渦巻状流路２８が形成されている。この渦巻状流路２８は、渦状壁３０または外周壁２４と、底板２２と、伝熱隔壁１６とにより囲まれた空間によって形成されている。
【００４２】
上記構成により、燃料と酸化剤ガス（空気や酸素など）との混合割合および流量が調整され、予混合ガス導入口２６より導入された予混合ガスＦは、渦巻状流路２８に沿って、外部から渦中心部まで導かれる。なお、燃料の種類は、特に限定されるものではなく、都市ガス、メタン、プロパンなどの種々の可燃燃料を用いることができる。
【００４３】
一方、燃焼室１４は、上記予混合室１２と同様に、略円柱状に形成されており、天板３２と、外周壁３４と、伝熱隔壁１６とにより囲まれた密閉空間を有している。燃焼室１４の外周壁３４には、接線方向に向かって排気ガスＥを排出する排気ガス排出口３６が設けられている。
【００４４】
燃焼室１４の内部には、排気ガスＥの通り道となる渦巻状流路３８が形成されている。この渦巻状流路３８は、渦状壁４０または外周壁３４と、天板３２と、伝熱隔壁１６とにより囲まれた空間によって形成されている。
【００４５】
上記構成により、燃焼で生成した排気ガスＥは、渦巻状流路３８に沿って、渦中心部から外部に排出される。
【００４６】
なお、予混合室１２、燃焼室１４における渦状壁３０、４０は、伝熱性に優れた材質を選定し、その板厚も可能な限り薄く設定すると良い。また、予混合室１２、燃焼室１４における渦状壁３０、４０の間隔は、ともに同じであっても良いし、それぞれ異なっていても良い。
【００４７】
ここで、本２層式燃焼器１０において、予混合室１２の片面側と燃焼室１４の片面側とは、伝熱隔壁１６を介して接している。つまり、非特許文献１および特許文献１などに記載されるマイクロコンバスタは、単層構造であるのに対し、本２層式燃焼器１０は、予混合室１２の片面側に、伝熱隔壁１６を介して燃焼室１４が並設された２層構造になっている。この際、予混合室１２と燃焼室１４とは、各渦巻状流路２８、３８の中心部がほぼ一致するように配設されている。
【００４８】
本２層式燃焼器１０において、上記伝熱隔壁１６は、燃焼室１４で発生した熱を予混合室１２側に伝えるとともに、予混合室１２と燃焼室１４との間を区画する役割を有している。
【００４９】
本２層式燃焼器１０において、両渦巻状流路２８、３８のほぼ中心部には、着火手段１８が設けられている。
【００５０】
この着火手段１８としては、具体的には、例えば、イグナイタ、セラミックヒータなどを例示することができるが、特に限定されるものではない。
【００５１】
この際、上記着火手段１８は、その着火点４２が燃焼室１４側になるように配置されている。図１〜５では、予混合室１２側から燃焼室１４側に向かって着火手段１８が挿通され、その着火点４２が燃焼室１４内に配置された場合を例示している。
【００５２】
また、本２層式燃焼器１０では、上記着火手段１８の周囲に、消炎孔２０が複数配置されている。この消炎孔２０は、予混合室１２と燃焼室１４とを連通し、予混合室１２内に導入された予混合ガスＦを、燃焼室１４内に流入させる役割を有している。
【００５３】
上記消炎孔２０は、具体的には、渦中心部の周囲に位置する渦状壁４０と、着火手段１８との間にある伝熱隔壁１６に形成されている。したがって、本２層式燃焼器１０では、渦中心部の渦状壁４０により取り囲まれた空間が燃焼空間となる。
【００５４】
なお、図３では、例えば、４０個の消炎孔２０が、着火手段１８の周囲を取り囲むように千鳥状に配置された場合を例示している。また、この消炎孔２０の数は、特に限定されるものではく、使用する燃料の種類などに応じて、種々調節することができる。
【００５５】
ここで、本２層式燃焼器１０において、消炎孔２０とは、消炎直径以下の直径を有する孔を意味する。予混合室１２と燃焼室１４とを連通する孔の直径が、消炎直径以下であれば、燃焼室１４で生じた炎が予混合室１２側へ逆火することを防止することができる。
【００５６】
なお、具体的な消炎直径については、燃料の種類、予混合ガスの吹き出し速度、想定される予混合ガスの温度などを考慮して決定することができるものである。
【００５７】
次に、上記構成を備えた本２層式燃焼器の作用効果について説明する。
【００５８】
本２層式燃焼器１０では、燃焼室１２の中心部において、消炎孔２０から吹き出された予混合ガスＦが、着火手段１８により着火されると、炎が形成されて燃焼が始まる。
【００５９】
炎が一旦形成されると、中心部から熱くなり始め、やがて一定温度の定常状態に至る。そして、燃焼室１４の天板３２からの熱伝導あるいは輻射熱により、被加熱物（図示されない）を加熱することができる。
【００６０】
また、燃焼による排気ガスＥは、燃焼室１４内に形成されている渦巻状流路３８に沿って、中心部から外部に向かって流れ、排気ガス排出口３６から排出される。
【００６１】
一方、予混合室１２では、伝熱隔壁１６を介して伝わる燃焼室１４の熱を回収して、予混合室１２内の予混合ガスＦが予熱される。ここで、予混合ガス導入口２６から導入された予混合ガスＦは、渦巻状流路２８に沿って外部から中心部に導入される。
【００６２】
そのため、予混合ガスＦは、燃焼室１４からの熱に接する時間が比較的長く、消炎孔２０より吹き出される前には十分に予熱される。また、本２層式燃焼器１０では、燃焼室１４からの熱を受け取るガスが予混合ガスＦであるため、熱を受け取るガスが燃料単体である場合に比較して、熱を有効に回収することができる。
【００６３】
このように、本２層式燃焼器１０は、燃焼室１４における天板３２が加熱面となっているので、片面加熱に適している。そのため、例えば、コンロなどの片面加熱機器に好適に用いることができる。また、伝熱隔壁１６を介して並設された予混合室１２では、予混合ガスＦが十分に予熱される。そのため、従来に比較して、熱交換効率を向上させることができ、燃焼性の向上による起動時間の短縮も図ることができる。
【００６４】
また、着火手段１８の周囲に消炎孔２０が配置されているので、燃焼室１４への予混合ガスＦの分散性も向上する。本２層式燃焼器１０では、とりわけ、消炎孔２０を千鳥状に配置しているので、予混合ガスＦを分散させやすく、燃焼性を向上させやすい。
【００６５】
また、予混合ガスＦが高温に予熱された場合であっても、予混合室１２と燃焼室１４とは消炎孔２０で連通されているので、火炎が予混合室１２側に入り込んでしまう逆火現象を防止できる。
【００６６】
このように本２層式燃焼器１０は、片面加熱に適しており、予混合ガスＦを十分に予熱することができる。そのため、これを例えば、コンロなどの片面加熱機器に、必要に応じて１つまたは２つ以上組み込めば、加熱効率などに優れたコンロなどが得られる。
【００６７】
以上、実施形態に係る２層式燃焼器について説明したが、上記実施形態は本発明を何ら限定するものではなく、種々の変形・改良などが可能なものである。
【００６８】
例えば、上記実施形態では、予混合室１２と燃焼室１４との間に伝熱隔壁１６を介在させる構成とした場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００６９】
伝熱隔壁１６は、例えば、予混合室１２に設けた天板、および／または、燃焼室１４に設けた底板などにより代用することも可能である。
【００７０】
また、例えば、上記実施形態では、燃焼室１４の天板３２を本２層式燃焼器１０の一部として構成した場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００７１】
燃焼室１４の天板３２は、例えば、燃焼室１４内を気密にできれば、被加熱物自体、あるいは、それを入れる容器の一部（なべ底、鉄板など）などにより代用することも可能である。
【００７２】
また、例えば、本２層式燃焼器１０は、図６、図７に示すように、予混合室１２の内壁面のうち、伝熱隔壁１６を除いた部分または予混合室１２の外壁面（外周壁２４と底板２２）、あるいは、その両壁面を、セラミックス層４４により被覆しても良い。
【００７３】
セラミックス層４４の材料としては、具体的には、例えば、コージェライト、炭化珪素などを例示することができる。
【００７４】
このような構成とした場合には、予混合室１２内の断熱性能が向上するので、予混合室１２に伝わった熱が外部に放出され難くなる。そのため、より片面加熱に適し、熱交換効率も一層向上させることができる。
【００７５】
また、上記実施形態では、金属製の伝熱隔壁１６に消炎孔２０を形成した場合について例示したが、その他にも、少なくとも着火手段１８周囲の伝熱隔壁１６にセラミックス体（図示されず）を嵌め込み、このセラミックス体に消炎孔２０を形成するようにしても良い。
【００７６】
このような構成とした場合には、消炎孔２０周辺の耐熱性が向上する。そのため、燃焼室１４内の高熱により、比較的小さな消炎孔２０が、酸化されたり、変形が生じたりし難くなり、金属製の伝熱隔壁１６に消炎孔２０が形成されている場合に比較して、耐久性が向上するなどの利点がある。
【００７７】
また、例えば、上記２層式燃焼器１０では、図８に示すように、燃焼室１４側の消炎孔２０周縁に筒状体４６が立設されていても良い。また、予混合室１２側の消炎孔２０周縁に筒状体（図示されない）が立設されていても良い。
【００７８】
このような構成とした場合には、筒状体４６により熱が吸収され、燃焼に必要な熱量を維持し難くなるので、消炎孔２０の消炎直径を大きく形成することができる。そのため、予混合ガスＦの吹き出し時の圧力損失を低下させることが可能となる。
【００７９】
また、上記実施形態では、本発明に係る２層式燃焼器が有する予混合室の流路、燃焼室の流路を、ともに円形状の渦巻状に形成した場合について説明したが、それ以外にも、４角形や６角形などの多角形状の渦巻形状であっても良い。
【００８０】
また、上記実施形態では、予混合ガスＦの渦巻状流路２８と、排気ガスＥの渦巻状流路３８とは、同じ方向の渦巻状に形成されている場合について例示したが、互いに異なる方向の渦巻状に形成されていても良い。
【００８１】
また、上記実施形態では、本発明に係る２層式燃焼器が有する予混合室の流路、燃焼室の流路を渦巻状に形成した場合について例示したが、それ以外にも、これら流路の何れか一方または両方は、放射状などに形成されていても良い。
【００８２】
また、上記実施形態では、予混合ガス導入口２６から導入された予混合ガスＦは、一つの渦巻状流路２８を通って、外部から渦中心部まで導かれるが、これ以外にも、予混合ガス導入口から導入された予混合ガスは、複数列の流路を通って、外部から中心部まで導かれるようにしても良い。
【００８３】
同様に、上記実施形態では、排気ガス排出口３６から排出される排出ガスＥは、一つの渦巻状流路２８を通って、渦中心部から外部まで導かれるが、これ以外にも、排気ガス排出口３６から排出される排出ガスは、複数列の流路を通って、中心部から外部まで導かれるようにしても良い。
【実施例】
【００８４】
以下、本発明に係る２層式燃焼器を実施例を用いて説明する。
【００８５】
先ず、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いて、図１〜図５に示す形状の２層式燃焼器を作製した。この際、２層式燃焼器の直径は約１２０ｍｍ、両渦状壁の厚みは２ｍｍ、両流路幅は４ｍｍ、渦中心部の渦状壁により取り囲まれる燃焼空間の直径は約２３ｍｍ、消炎孔の直径は０．８ｍｍとした。また、点火手段には、イグナイタを用い、燃料ガスには１３Ａを用いた。
【００８６】
次に、作製した２層式燃焼器の燃焼試験装置の概略について説明する。すなわち、図９に示すように、作製した２層式燃焼器１０をセラミックファイバー製断熱材５０により覆い、予混合ガス導入口２６に予混合ガス導入配管５２（ポリテトラフルオロエチレン製）を接続するとともに、排気ガス排出口３６に排気ガス排出配管５４（ポリテトラフルオロエチレン製）を接続した。
【００８７】
本実施例では、燃料源５６、空気源５８から供給される燃料（最大２０Ｌ／ｍｉｎ）、空気（最大２００Ｌ／ｍｉｎ）が各流量計６０、６２にて調節され、所定の空気比を有する予混合ガスＦとされる。また、予混合ガスＦは、圧力計６４にて調圧され、所定のインプット量にて予混合ガス導入口２６に供給される。
【００８８】
次いで、燃焼状態を確認するため、図１０に示すように、２層式燃焼器１０の天板３２に、中心部とその両側を挟んで計５つのＫ型熱電対６６（熱電対間隔２５ｍｍ）を取り付け、測定位置１〜５における表面温度の測定を可能にした。
【００８９】
次に、以下の手順により燃焼試験を行った。すなわち、先ず、燃料および空気の流量を各流量計にて設定する。次いで、２層式燃焼器のイグナイタの放電を開始し、その直後に、ガスと空気の流量計のバルブを開く。これにより、所定インプット量にて所定空気比の予混合ガスが、２層式燃焼器に供給される。そして燃焼室内で着火、燃焼が始まると、天板の表面温度が上昇する。
【００９０】
上記燃焼試験により、作製した２層式燃焼器の着火開始から約５分後の表面温度特性、着火開始から約５分間の昇温特性を求めた。また、排気ガスの温度も測定した。なお、予混合ガスのインプット量は、２Ｋｗ、３Ｋｗ、４Ｋｗ、５Ｋｗとした。また、各インプット量において、空気比を約１〜１．３の間で変化させた。
【００９１】
図１１〜図１４に、各インプット量における各測定位置と表面温度との関係を示す。また、図１５に、インプット量３Ｋｗ、空気比１．２１のときの着火開始からの経過時間と各測定位置における表面温度との関係（昇温特性）を示す。
【００９２】
図１１〜図１４によれば、何れのインプット量においても、表面温度曲線は、上に凸の曲線になっている。そして、測定位置３、すなわち、概ね中心部近傍の表面温度が高く、中心部から離れるにつれて表面温度が低くなっていることが分かる。また、中心部の温度は、実用的な空気比約１．１の条件で５００℃以上（燃焼開始から約５分）となっていることが分かる。
【００９３】
また、図１５によれば、経過時間０秒付近で着火、燃焼が生じており、従来よりも起動時間が短くなっていることが分かる。これは、本２層式燃焼器は、予混合ガスを十分に予熱することができるので、燃焼性が向上したためであると思われる。
【００９４】
以上の結果から、本発明によれば、片面加熱に適しており、予混合ガスを十分に予熱することができる予混合燃焼方式の２層式燃焼器が得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本実施形態に係る２層式燃焼器の外観を模式的に示した斜視図である。
【図２】本実施形態に係る２層式燃焼器の正面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】予混合室の内壁面にセラミックス層を設けた状態の一例を模式的に示した断面図である。
【図７】予混合室の外壁面にセラミックス層を設けた状態の一例を模式的に示した断面図である。
【図８】燃焼室側の消炎孔周縁に筒状体を立設した状態の一例を模式的に示した断面図である。
【図９】２層式燃焼器の燃焼試験装置の概略を模式的に示した図である。
【図１０】表面温度の測定位置を模式的に示した図である。
【図１１】インプット量２Ｋｗにおける各測定位置と表面温度との関係を示した図である。
【図１２】インプット量３Ｋｗにおける各測定位置と表面温度との関係を示した図である。
【図１３】インプット量４Ｋｗにおける各測定位置と表面温度との関係を示した図である。
【図１４】インプット量５Ｋｗにおける各測定位置と表面温度との関係を示した図である。
【図１５】インプット量３Ｋｗ、空気比１．２１における、着火開始からの経過時間と各測定位置の表面温度との関係（昇温特性）を示した図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０ ２層式燃焼器
１２ 予混合室
１４ 燃焼室
１６ 伝熱隔壁
１８ 着火手段
２０ 消炎孔
２２ 底板
２４ 外周壁（予混合室側）
２６ 予混合ガス導入口
２８ 渦巻状流路（予混合室側）
３０ 渦状壁（予混合室側）
３２ 天板
３４ 外周壁（燃焼室側）
３６ 排気ガス排出口
３８ 渦巻状流路（燃焼室側）
４０ 渦状壁（燃焼室側）
４２ 着火点
４４ セラミックス層
４６ 筒状体
Ｆ 予混合ガス
Ｅ 排気ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から中心部に予混合ガスを導入する流路を備えた予混合室と、
中心部から外部に排気ガスを排出する流路を備えた燃焼室と、
前記予混合室と前記燃焼室との間を区画する伝熱隔壁と、
ほぼ中心部に設けられ、前記燃焼室側で着火を行う着火手段と、
前記着火手段の周囲に配置され、前記予混合室と前記燃焼室とを連通する消炎孔とを有することを特徴とする２層式燃焼器。
【請求項２】
前記予混合室の流路および／または前記燃焼室の流路は、渦巻状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の２層式燃焼器。
【請求項３】
前記予混合室の内壁面のうち、前記伝熱隔壁を除いた部分、および／または、前記予混合室の外壁面は、セラミックス層により被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の２層式燃焼器。
【請求項４】
前記着火手段周囲の伝熱隔壁にセラミックス体が嵌め込まれ、このセラミックス体に前記消炎孔が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の２層式燃焼器。
【請求項５】
前記燃焼室側および／または前記予混合室側の消炎孔周縁には、筒状体が立設されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の２層式燃焼器。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の２層式燃焼器が組み込まれていることを特徴とするコンロ。
【請求項１】
外部から中心部に予混合ガスを導入する流路を備えた予混合室と、
中心部から外部に排気ガスを排出する流路を備えた燃焼室と、
前記予混合室と前記燃焼室との間を区画する伝熱隔壁と、
ほぼ中心部に設けられ、前記燃焼室側で着火を行う着火手段と、
前記着火手段の周囲に配置され、前記予混合室と前記燃焼室とを連通する消炎孔とを有することを特徴とする２層式燃焼器。
【請求項２】
前記予混合室の流路および／または前記燃焼室の流路は、渦巻状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の２層式燃焼器。
【請求項３】
前記予混合室の内壁面のうち、前記伝熱隔壁を除いた部分、および／または、前記予混合室の外壁面は、セラミックス層により被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の２層式燃焼器。
【請求項４】
前記着火手段周囲の伝熱隔壁にセラミックス体が嵌め込まれ、このセラミックス体に前記消炎孔が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の２層式燃焼器。
【請求項５】
前記燃焼室側および／または前記予混合室側の消炎孔周縁には、筒状体が立設されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の２層式燃焼器。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の２層式燃焼器が組み込まれていることを特徴とするコンロ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−１５５２１６（Ｐ２００７−１５５２１６Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５１３８６（Ｐ２００５−３５１３８６）
【出願日】平成１７年１２月６日（２００５．１２．６）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（０００１０２３４８）エイケン工業株式会社 (14)
【出願人】（０００１１５８５４）リンナイ株式会社 (1,534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月６日（２００５．１２．６）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（０００１０２３４８）エイケン工業株式会社 (14)
【出願人】（０００１１５８５４）リンナイ株式会社 (1,534)
【Ｆターム（参考）】
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